汽车覆盖件模具用球墨铸铁的正火热处理方法
阅读说明：本技术 汽车覆盖件模具用球墨铸铁的正火热处理方法 (Normalizing heat treatment method of nodular cast iron for automobile panel die ) 是由 徐达义 韦开保 周建强 汪继松 于 2021-07-12 设计创作，主要内容包括：本发明的目的是提供一种汽车覆盖件模具用球墨铸铁的正火热处理方法,将汽车覆盖件模具放入热处理炉中,开启热处理炉,升温速率为10℃/min；当温度升至870-930℃时,保温2小时,再开炉门并随炉冷却30分钟；再关紧炉门以10℃/min升温至720℃,并保温1小时之后冷却,该热处理工艺正火过程效率快,同时所得汽车覆盖件模具的组织均匀度好,强度高。(The invention aims to provide a normalizing heat treatment method of nodular cast iron for an automobile panel mould, which comprises the steps of putting the automobile panel mould into a heat treatment furnace, starting the heat treatment furnace, and increasing the temperature at a rate of 10 ℃/min; when the temperature is increased to 870-930 ℃, preserving the heat for 2 hours, opening the furnace door and cooling the furnace for 30 minutes; and then the furnace door is tightly closed, the temperature is raised to 720 ℃ at a speed of 10 ℃/min, the temperature is kept for 1 hour, and then the furnace is cooled.)
技术领域
本发明涉及汽车覆盖件模具领域，尤其涉及一种汽车覆盖件模具用球墨铸铁的正火热处理方法。
背景技术
热处理工艺在机械工业是一项重要的基础技术，通常像轴、齿轮、连杆等重要的连接零件和重要的模具都是要经过热处理的，而且，只要材料选择和热处理得当就会使零件的寿命成倍、甚至几十倍的增加，如果每次材料选择和热处理都得当，就可以达到事半功倍的效果。热处理对于发挥金属材料潜在性能，提高金属品质，节约材料，减少能耗，提高产品寿命，促进经济发展都具有十分重要的意义。
就目前来看，我国机械制造行业在实施金属热处理技术时，还存在一些不完善的地方，这对金属材料热处理效果和材料自身性能等方面都有难以磨灭的影响。主要有以下几个不足：1、能源消耗大，能源利用率低；2、热处理生产工艺和设备落后；3、产品质量差、生产效率低，污染严重等问题。
未来的发展趋势看,热处理的发展前景主要有以下几个大方面：金属材料热处理新工艺；金属材料热处理新设备；热处理的新型辅助材料。
正火作为一种工艺成熟、应用普遍的热处理方法，即是将钢材或铸件加热到临界点Ac3或Acm以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。球墨铸铁件正火温度一般为850℃-950℃，一般保温时间是随着工件的大小而定。正火保温过程中，球墨铸铁件中原铁素体+珠光体组织发生奥氏体转变重结晶行为，而石墨球几乎不发生变化，在保温结束后工件组织完全转变为奥氏体组织。随后空冷过程奥氏体发生珠光体转变，最终得到铁素体+大量珠光体组织的正火组织。
汽车的外形、性能受其模具质量影响，质量高可大批量生产，且性能满足设定要求。此外，汽车冲压模具质量不仅取决于它前期的设计，还与其毛坯铸件质量有关。毛坯铸件经机床加工后，必须满足图纸要求，才能保证冲压件尺寸精度。目前汽车覆盖件模具经高频次冲击，因强度不足会产生微弱变形，影响尺寸精度，可通过设计热处理工艺方案可以提高其性能。现有技术专利CN110157868A 公开了一种球墨铸铁活塞铸件的热处理工艺，通过奥氏体强化前对球墨铸铁活塞铸件进行两次退火，解决了球墨铸铁活塞铸件在铸造过程中白口倾向较大、内应力较大、很难获得纯粹的铁素体与珠光体的问题，获得高韧性球墨铸铁活塞铸件。但目前汽车覆盖件模具用球墨铸铁的热处理工艺有很多不尽人意的地方，传统的汽车覆盖件模具热处理工艺正火过程效率较慢，同时所得汽车覆盖件模具的组织均匀度差，强度低，其综合性能有较大的提升空间。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种汽车覆盖件模具用球墨铸铁的正火热处理方法，该热处理工艺正火过程效率快，同时所得汽车覆盖件模具的组织均匀度好，强度高，解决了背景技术中出现的问题。
本发明的目的是提供一种汽车覆盖件模具用球墨铸铁的正火热处理方法，包括以下步骤：
步骤一：将汽车覆盖件模具放入热处理炉中，开启热处理炉，升温速率为10℃/min；
步骤二：当温度升至870-930℃时，保温2小时，再开炉门并随炉冷却30分钟；
步骤三：再关紧炉门以10℃/min升温至720℃，并保温1小时之后冷却。
进一步改进在于：所述步骤三保温结束后的冷却为：将汽车覆盖件模具取出在室温条件下空冷至室温。
进一步改进在于：所述步骤二温度升至930℃。
进一步改进在于：所述汽车覆盖件模具空冷至室温之后对其进行显微组织观察、拉伸端口形貌分析以及抗拉强度和延伸率检测。
进一步改进在于：所述步骤一还包括首先对汽车覆盖件模具的球墨铸铁原料进行配料。
进一步改进在于：所述球墨铸铁原料的化学成份重量百分比为：C 3.6-3.8%，Si2.3-2.5%，Mn 0.45-0.55%，Ni 0.1-0.3%，Cu 1.0-1.2%，Mg 0.04-0.06%，P≤0.05%，S≤0.012%，其余为Fe。
本发明的有益效果：本发明研究发现，由于在温度升高时，材料内部发生热压应力，当这热压应力到达一定时，会使奥氏体产生变形，使得奥氏体内位错向渗碳体周围塞积，而这些位错在渗碳体周围产生局部应力，使渗碳体不稳定容易分解。球墨铸铁中的碳大部分是以石墨球形式存在，它能吸收或放出碳原子，而渗碳体发生分解必然会产生碳原子，这些碳原子就会在奥氏体晶界处形成石墨核心。石墨核心的固溶度较大，在石墨核心到石墨球之间，有一个从高到低的溶质浓度梯度，使得石墨核心中的碳有向石墨球周围扩散的趋势。因此在正火条件下球墨铸铁组织中渗碳体分解，而粒状珠光体变多。
1、针对目前传统的汽车覆盖件模具用球墨铸铁的热处理工艺正火过程效率较慢，同时所得汽车覆盖件模具组织均匀度差，强度低，本发明采用热处理工艺处理，汽车覆盖件模具用球墨铸铁在保温过程中，采用开炉门进行冷却方式，可提高正火效率，改善正火热处理组织，从而提高正火过程的效率以及汽车覆盖件模具的强度，为汽车覆盖件模具的生产制造提供新的工艺途径。
2、在正火保温过程中保温温度提高到930℃，可有效提高汽车覆盖件模具用球墨铸铁中渗碳体分解速度，提高汽车覆盖件模具的强度。
3、再次升温至720℃时，并保温一段时间后，相比直接空冷，有利于新生晶粒保持细小。
4、正火保温过程中采用开炉门冷却，一方面相比随炉冷却可促进原子扩散，有利于晶核形核，增加新晶粒数量，提高正火效率。另一方面相比直接空冷促使球墨铸铁组织中渗碳体分解后的石墨更有时间向石墨球周围扩散而使渗碳体分解更完全，改善正火热处理组织。
5、再次升温、保温、空冷过程，相比直接空冷至室温，使产生的珠光体片间距减小，组织细化。
附图说明
图1为本发明
具体实施方式
实施例1所得试样的250倍下试样金相显微组织图。
图2为本发明具体实施方式实施例2所得试样的250倍下试样金相显微组织图。
图3为本发明具体实施方式实施例3所得试样的250倍下试样金相显微组织图。
图4为本发明具体实施方式对比例1所得试样的250倍下试样金相显微组织图。
图5为本发明具体实施方式实施例1所得试样的500倍下扫描电镜下断口形貌图。
图6为本发明具体实施方式实施例2所得试样的500倍下扫描电镜下断口形貌图。
图7为本发明具体实施方式实施例3所得试样的500倍下扫描电镜下断口形貌图。
图8为本发明具体实施方式对比例1所得试样的500倍下扫描电镜下断口形貌图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将集合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例1-3和对比例1中取材质为球墨铸铁的直径为40mm的圆形试棒作为汽车覆盖件模具试样。其化学成份重量百分比为：C 3.7%，Si 2.4%，Mn 0.50%, Ni 0.2%, Cu1.1%，Mg 0.05%，P 0.05%，S 0.012%，其余为Fe。
实施例1
步骤一：将汽车覆盖件模具试样放入热处理炉中，开启热处理炉，升温速率为10℃/min；
步骤二：当温度升至930℃时，保温2小时，再开炉门并随炉冷却30分钟；
步骤三：再关紧炉门以10℃/min升温至720℃，并保温1小时；
步骤四：保温结束后，将汽车覆盖件模具试样取出在室温条件下空冷至室温。
实施例2
步骤一：将汽车覆盖件模具试样放入热处理炉中，开启热处理炉，升温速率为10℃/min；
步骤二：当温度升至900℃时，保温2小时，再开炉门并随炉冷却30分钟；
步骤三：再关紧炉门以10℃/min升温至720℃，并保温1小时；
步骤四：保温结束后，将汽车覆盖件模具试样取出在室温条件下空冷至室温。
实施例3 （保温时间870℃）
步骤一：将汽车覆盖件模具试样放入热处理炉中，开启热处理炉，升温速率为10℃/min；
步骤二：当温度升至870℃时，保温2小时，再开炉门并随炉冷却30分钟；
步骤三：再关紧炉门以10℃/min升温至720℃，并保温1小时；
步骤四：保温结束后，将汽车覆盖件模具试样取出在室温条件下空冷至室温。
对比例1
一种没经过热处理的汽车覆盖件模具试样。
基于上述，将实施例1、实施例2、实施例3与对比例1汽车覆盖件模具正火试样制备金相试样进行显微组织观察和拉伸断口形貌图，如图1-8所示，图中可以看出：
1)与对比例1的图4相比，实施例1、实施例2、实施例3的图1、2、3中，珠光体形态发生了明显的改变，从片层状珠光体改变成粒状珠光体。
2)实施例1正火处理保温温度为930℃，实施例3正火处理保温温度为900℃、实施例2正火处理保温温度为870℃。对比实施例1、2、3的图1、2、3可以看出，实施例1效果最佳。
3) 用万能试验机分别测试各试样的抗拉强度和延伸率的数据，对实施例和对比例所得汽车覆盖件模具试样进行汽车覆盖件模具测试，以验证上述分析结果，抗拉强度和延伸率值测试结果如下表1所示。数据表明实施例1中延伸率要大于实施例2和3，而抗拉强度无明显变化。
表1室温试样的力学性能
4)与对比例1的图8和实施例1图5相比，实施例2、实施例3的图6、7中，发现正火试样断口处存在解理小平面且有向四周发散的河流花样，表现为准解理脆性断裂特征。而对比例1和实施例1的正火试样断口的解离小平面和剪切撕裂脊较少且有较多韧窝存在，表现为韧性断裂。使得实施例1试样的延伸率要高于实施例2和实施例3。也很好的说明了提高保温温度能提高汽车覆盖件模具用球墨铸铁中渗碳体分解速度，提高汽车覆盖件模具的强度。
综上所述，本发明所述方案能够提升汽车覆盖件模具的正火效率以及汽车覆盖件模具的力学性能和组织均匀性，从而有利于避免了现有的汽车覆盖件模具硬度低、组织均匀度差导致的使用过程中磨损、断裂等现象，能够提高汽车覆盖件模具的使用寿命。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。